انقر هنا لمشاهدة فيديو "ملخص مرئي" لهذا الاختراع.
اختراعات علي پور أحمد | التصنيف: اختراعات جديدة في العالم | ذات صلة: الاكتشافات العلمية والاختراعات التكنولوجية
جهاز يخلق حاسة تذوق اصطناعية في الدماغ دون الحاجة لتذوق الطعام!
◉ اختراع: جهاز يخلق حاسة تذوق اصطناعية في الدماغ دون تذوق الطعام
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
◉ المقدمة والأهداف:
في هذه المقالة سوف نشرح بشكل مختصر كيفية خلق حاسة التذوق الاصطناعية في الدماغ دون الحاجة لتذوق الطعام.
تشكلت الفكرة الأولية لإنشاء هذا الجهاز في ذهني في عام 2009 بعد قراءة كتاب الدماغ الذي يغير نفسه (2007) للمحلل النفسي نورمان دويدج. في هذا الكتاب، أوضح نورمان دويدج مرونة الخلايا العصبية في الدماغ لتغيير وتصحيح مسار النبضات العصبية. ونظرًا لاهتمامي الطويل الأمد والكبير باستكشاف البنية الغامضة لأصغر مكونات الدماغ، وبتشجيع واقتراح من الدكتور مسعود شفيعي (أحد أصدقائي المقربين) الذي كان أستاذًا في الجامعة الطبية في المجر في عام 2009، بدأت في دراسة مجموعة واسعة من الكتب الطبية لمواصلة دراستي الطبية في تلك الجامعة، ولكن في النهاية، بعد 7 أشهر، تخليت عن هذا القرار بسبب الالتزامات العائلية إلى جانب المسؤوليات في شركة الطيران. ومع ذلك، لم يتضاءل هذا الاهتمام حتى يومنا هذا وواصلت دراسة البنية الغامضة للدماغ في كل فرصة.
خلال تلك السنوات، قادتني دراستي المتواصلة لمختلف الكتب الطبية المتخصصة إلى ابتكار أفكار علمية متنوعة، وتوسيع مداركي في هذا المجال اللامتناهي والمذهل. من بينها إمكانية ابتكار جهاز يُنشئ حاسة تذوق اصطناعية في الدماغ دون الحاجة إلى تذوق أي طعام. في الواقع، كانت فكرتي شكلاً أكثر تحديدًا من استخدام تقنية البصريات الوراثية للتحكم الكامل في نظام التذوق في الدماغ. بعد عامين، عرضتُ فكرتي في سيناريو فيلم الخيال العلمي "نحو المستقبل"، الذي أنتجته شركة دا يامز في هوليوود عام ٢٠١٢، والذي سأشرح آلية عمل هذا الجهاز في قسم الوصف التقني من هذه المقالة.
◉ اختراع: جهاز يخلق حاسة تذوق اصطناعية في الدماغ دون تذوق الطعام
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
قبل شرح التفاصيل التقنية، من الضروري إلقاء نظرة عامة على معنى علم البصريات الوراثي في الطب. يشير مصطلح "علم البصريات الوراثي" إلى الجمع بين الاستخدام المتزامن للبصريات والوراثة لتحفيز الخلايا العصبية الحساسة للضوء ومراقبة وظائفها. باستخدام علم البصريات الوراثي، يتم الجمع بين الطرق البصرية والوراثية لتحقيق دقة استهداف مكانية وزمانية غير مسبوقة لمراقبة وظيفة خلية عصبية واحدة والتحكم فيها. باستخدام هذه التقنية، يُمكن التلاعب بشكل انتقائي بمجموعة كبيرة من الخلايا العصبية المحددة، ويمكننا إجراء تغييرات محددة للغاية على الخلايا المستهدفة باستخدام نبضات كهربائية دقيقة للغاية، مما يؤثر بشكل كبير على الدوائر العصبية المعقدة في الدماغ. في القطاع العلاجي، يمكن أن تكون هذه التقنية عاملاً مهمًا في علاج الأمراض التنكسية العصبية وفقدان الانتقائية العصبية التي تؤدي إلى خلل في الجهاز العصبي، وذلك بفضل التركيز المطلق لعلم البصريات الوراثي على النشاط الوظيفي لخلايا الدماغ العصبية.
هذه الاستثارة لبعض الخلايا العصبية في الدماغ للضوء دفعتني للتفكير بأنه إذا كان من الممكن إصلاح الدوائر العصبية الضعيفة باستخدام تقنيات البصريات الوراثية، فمن الممكن أيضًا استخدام هذه التقنية لتحييد أو تنشيط الجزء التذوقي من الدماغ والتحكم فيه بالكامل. بعبارة أخرى، من خلال تحفيز الجزء الحساس للضوء من الخلايا العصبية في النواة الخلفية الوسطى البطنية للمهاد، ودون استخدام النبضات التي تتلقاها الخلايا العصبية من خلال ارتباط جزيئات الطعام الكيميائية ببروتين الغشاء البلازمي لخلايا القشرة التذوقية، سنتمكن من تحقيق حاسة تذوق اصطناعية في الدماغ. على الرغم من أن هذه الفكرة اختُبرت لاحقًا على فئران التجارب، إلا أنها لم تُطبق بعد على البشر لأسباب مختلفة.
◉ اختراع: جهاز يخلق حاسة تذوق اصطناعية في الدماغ دون تذوق الطعام
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
أحد العوامل التي أدت إلى ظهور هذه الفكرة في ذهني هو الارتباط المتأصل بين الحاجة البشرية والعادة والاهتمام بإشارات تجربة التذوق اللطيفة مثل الملوحة أو الحلاوة. على سبيل المثال، نظرًا للحاجة الأساسية لخلايا الجسم لكمية محددة ومتحكم بها من الجلوكوز (السكريات كأحد أهم مصادر إنتاج الطاقة)، يتم تنشيط نظام الدوبامين الميزوليمبي في الدماغ. إذا تناولنا أطعمة تحتوي على الجلوكوز، فإنه يخلق شعورًا بالمتعة ويزيد من الحاجة إلى تناول الأطعمة الحلوة والسكرية مرة أخرى. يزيد المسار العصبي الميزوليمبي من الشعور بالمكافأة والرغبة والعواطف في الدماغ. عندما نتناول الأطعمة السكرية، ينتقل الدوبامين من السقيفة البطنية (VTA) إلى النواة المتكئة واللوزة والحُصين. من خلال تنشيط نظام المكافأة، فإنه يزيد من الحاجة إلى تناول الأطعمة السكرية أو المالحة مرة أخرى.
◉ اختراع: جهاز يخلق حاسة تذوق اصطناعية في الدماغ دون تذوق الطعام
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
يؤدي هذا الإقبال المتزايد على تناول الحلويات إلى مخاطر جسيمة لدى الأشخاص الذين يقل إفراز الأنسولين في دمهم عن الكمية اللازمة للحفاظ على مستوى السكر الطبيعي (مرضى السكري). ويحدث هذا أيضًا لدى مرضى ارتفاع ضغط الدم، لأن احتباس الماء الناتج عن الصوديوم نتيجة الإفراط في تناول الأطعمة المالحة يؤدي إلى زيادة حجم الدم وارتفاع ضغط الدم، وهو أحد العوامل الرئيسية للإصابة بالسكتة الدماغية. من ناحية أخرى، يتطلب تجنب تناول الحلويات أو المالح قوة إرادة وتدريبًا ذهنيًا مستمرًا وعناية خاصة، وهذه القدرة لا تتوفر لدى الجميع.
في مثل هذه الحالة، قد يكون استخدام جهاز تذوق اصطناعي لهذه الفئة من الأشخاص حلاً بديلاً لتذوق مجموعة متنوعة من النكهات للوقاية من الأمراض المرتبطة بتناول الأطعمة السكرية أو المالحة. بالإضافة إلى ذلك، من خلال التحكم في استثارة النواة البطنية الخلفية الوسطى للمهاد، يمكن محاكاة المقدار المطلوب والمناسب من إحساس التذوق لمختلف النكهات اصطناعياً في القشرة التذوقية، دون تذوق الطعام بواسطة الحليمات اللسانية ودخوله إلى مجرى الدم.
◉ اختراع: جهاز يخلق حاسة تذوق اصطناعية في الدماغ دون تذوق الطعام
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
تخيلوا أنه بدلاً من العلاج الدوائي التقليدي باستخدام الحبوب الكيميائية، يُمكننا ببساطة علاج الأمراض بأشعة ضوئية من داخل الدماغ. في الواقع، هذا ليس مستبعداً كما نعتقد، فقد شهدنا في السنوات الأخيرة تطوراً كبيراً في تكنولوجيا الإلكترونيات الحيوية القائمة على الضوء، وآمل أن تصل هذه الأفكار إلى مرحلة الاستخدام العلاجي في أقرب وقت ممكن، حتى يتسنى تطويرها في نطاقها الوظيفي.
◉الوصف الفني للاختراع:
أولاً، علينا النظر في أجزاء الدماغ المختلفة التي تشارك بشكل مباشر أو غير مباشر في عمل نظام القشرة التذوقية. ينقسم الدماغ عمومًا إلى المخ، وجذع الدماغ، والمخيخ. يقع المخ، وهو الجزء الأكبر من الدماغ، في مقدمة الدماغ، ويتألف من المادة الرمادية في القشرة المخية والمادة البيضاء في مركزها. يُنظم هذا الجزء من الدماغ درجة الحرارة، ويبدأ في نقل الإشارات المتعلقة بحواس البصر والسمع واللمس، وينسق ويربط بين وظائف الكلام، والحكم، والتفكير والاستدلال، وحل المشكلات، والتعبير عن المشاعر، والقدرة على التعلم.
◉ اختراع: جهاز يخلق حاسة تذوق اصطناعية في الدماغ دون تذوق الطعام
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
يتكون جذع الدماغ من الدماغ المتوسط، والجسر، والنخاع الذي يربط المخ بالحبل الشوكي. يتميز الدماغ المتوسط، أو الدماغ المتوسط، ببنية معقدة للغاية، إذ يحتوي على مجموعة واسعة من المجموعات العصبية المختلفة، والمسارات العصبية المتنوعة، وخلايا الدوبامين العصبية الموجودة في المادة السوداء، مما يسمح بأداء وظائف مختلفة مثل السمع والحركة، وحساب الإجابات المناسبة للأسئلة. الجسر هو أصل 4 من الأعصاب القحفية الاثني عشر التي تُمكّن من القيام بأنشطة مثل إنتاج الدموع، والمضغ، والرمش، وتركيز الرؤية، والتوازن، والسمع، وتعبيرات الوجه. يقع النخاع المستطيل في قاعدة جذع الدماغ، حيث يتصل الدماغ بالحبل الشوكي. وهو يُنظم العديد من وظائف الجسم، مثل معدل ضربات القلب، وأنماط التنفس، وتدفق الدم، ومستويات الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الدم. يمتد الحبل الشوكي من قاعدة النخاع المستطيل عبر فتحة كبيرة في أسفل الجمجمة إلى باقي الجسم، وهو الواجهة التي تُرسل الإشارات إلى الدماغ والعكس. المخيخ جزء صغير من الدماغ يقع في مؤخرة الجمجمة، أسفل الفصين الصدغيين وفوق جذع الدماغ، وله نصفان كرويان. يحتوي الجزء الخارجي على الخلايا العصبية، بينما يتواصل الجزء الداخلي مع القشرة المخية لتمكين وظائف مختلفة، مثل حركات العضلات الإرادية أو الحفاظ على توازن الجسم.
◉ اختراع: جهاز يخلق حاسة تذوق اصطناعية في الدماغ دون تذوق الطعام
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
وفقًا للمحاكاة الحاسوبية المعروضة في الفيديو في نهاية هذه المقالة، فإن الجزء الدماغي الأكثر صلة بفكرة خلق حاسة تذوق اصطناعية هو الدماغ البيني. يقع الدماغ البيني عميقًا تحت الدماغ وهو موقع تكوين جدران البطين الثالث للدماغ. المناطق الرئيسية الثلاث للدماغ البيني هي المهاد، وتحت المهاد، والمهاد. لكل منها وظائفها المميزة، ولكن من بينها، يلعب المهاد الدور الأهم في إكمال عملية الإحساس بالتذوق لأن نطاق الخلايا العصبية التذوقية يمتد من خلايا التذوق في اللسان والمريء والحنك إلى النخاع في جذع الدماغ، ثم إلى المهاد، وأخيرًا إلى القشرة التذوقية. على الرغم من أن معلومات التذوق تُفصل وتُصنف إلى إشارات مختلفة عند انتقالها من مناطق مختلفة من اللسان، ثم عبر المناطق الثلاث: النخاع المستطيل، والمهاد، والقشرة الدماغية، إلا أن المهاد هو المعالج الرئيسي لهذه البيانات قبل إرسالها إلى القشرة التذوقية. وتتمثل الوظيفة الرئيسية للقشرة التذوقية في معالجة النكهات الأساسية، مثل الحلاوة، والحموضة، والملوحة، والمرارة، والأومامي، والتي تُنشَّط من خلال استقبال إشارات من مستقبلات التذوق على اللسان وأجزاء أخرى من الفم.
بعد استقبال مستقبلات العصب اللساني، ينتقل مسار المعلومات إلى العقدة الصخرية والركبية في الثلث الأمامي من عقدة العصب الوجهي، ثم يدخل النواة الحسية الرئيسية في نواة العقدة الجذرية الظهرية للمسار الانفرادي. تُفصل هذه الإشارات في كل من هذه المناطق، ثم تدخل النواة البطنية الخلفية الإنسية للمهاد لمعالجتها وإنشاء البيانات الرئيسية لحاسة التذوق، وأخيرًا بعد المعالجة، تنتقل إلى القشرة التذوقية وتخلق إحساسًا بأذواق مختلفة. في الواقع، تحدث بداية فكرتي القديمة في النواة البطنية الخلفية الإنسية للمهاد، حيث يجب علينا، بدلاً من تلقي إشارات سلسة من اللسان، وضع إشارات كهربائية اصطناعية دقيقة لمحاكاة نفس الوظيفة الطبيعية للنواة الخلفية الإنسية للمهاد. وبعبارة أخرى، يتم التعرف على أي إشارة تخرج من المنطقة المثيرة الخلفية الإنسية من المهاد على أنها بيانات محددة لأذواق مختلفة بواسطة القشرة التذوقية، وتخلق استجابة حسية للأذواق في الدماغ.
◉ انقر على أي من صور المعرض أدناه للتكبير:
لتحقيق ذلك، لجأتُ مجددًا إلى تقنيات البصريات الوراثية لتنشيط الخلايا المسؤولة عن توليد البيانات لمختلف الأذواق. تقع هذه الخلايا في النواة البطنية الوسطى الظهرية للمهاد، وهي قادرة على توليد ومعالجة المعلومات لإنتاج أذواق مختلفة من خلال وجود بروتينات حساسة للضوء داخلها. تستجيب هذه البروتينات الحساسة للضوء في عدة فئات، على سبيل المثال، تشمل الأجزاء المهمة منها قنوات أيونية مستجيبة للضوء، ومستقبلات مقترنة بالبروتين ج (GPCRs) المستجيبة للضوء، ومجالات تفاعل البروتين مع البروتين المستجيب للضوء، ومجموعات القفص المستجيبة للضوء. في النواة البطنية الخلفية الإنسية للمهاد، توجد خلايا مولدة للنبضات للقشرة الذوقية، والتي تسمح باستبدال الإشارات المرسلة من العقدة الجذرية الظهرية بإشارات ناتجة عن تحفيز البروتينات الحساسة للأطوال الموجية الزرقاء أو فوق البنفسجية للضوء.
◉ اختراع: جهاز يخلق حاسة تذوق اصطناعية في الدماغ دون تذوق الطعام
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
بمعنى آخر، بتسليط طول موجي مُتحكم به وثاقب من الضوء الأزرق أو فوق البنفسجي المغناطيسي على النواة الخلفية الوسطى للمهاد، تُحفز البروتينات المرتبطة بخلايا العصبونات في هذه المنطقة، وتُرسل نبضة كهربائية خفيفة لتنشيط القشرة التذوقية. تحتوي هذه النبضات على بيانات تتعلق بتكوين المذاقات، بما يتناسب مع المنطقة المستهدفة من كتلة الخلايا في المهاد. بمعنى آخر، يُحدد كل جزء من كتلة الخلايا في المهاد تكوين نوع مُحدد من إحساس التذوق، وعند إثارته، يُرسل معلومات مُحددة إلى القشرة التذوقية وإدراك المذاقات.
باستخدام هذه الطريقة، يمكننا تنشيط المجالات القشرية الحلوة أو المرة بشكل انتقائي، وهذا ممكن عن طريق حقن فيروسات غير ضارة تحمل جين بروتين حساس للضوء في المهاد لأن الخلايا العصبية التي تستقبل هذا الجين وتنتج البروتين ستكون قادرة على الاستجابة لطول الموجة ولون مصدر الضوء.
◉ اختراع: جهاز يخلق حاسة تذوق اصطناعية في الدماغ دون تذوق الطعام
◉ المخترع ومالك براءة الاختراع: علي پورأحمد
◉ الفئة: اختراعات جديدة للمخترعين
في نهاية هذه المقالة القصيرة، أود أن أشير إلى أن إدراك طعم الطعام لا يرتبط ارتباطًا مباشرًا وحصريًا بكمية مدخلاته على اللسان وداخل الفم، لأن مستقبلات التذوق في الدماغ هي التي تستقبل المواد الكيميائية وتُنتج مذاقات مختلفة. لن نتمكن أبدًا من إدراك حاسة التذوق والتعرف عليها حتى لو تناولنا كمية كبيرة من الطعام، إذا عطلنا منطقة المهاد وقطعنا اتصالها بالنخاع المستطيل والنواة الوسطى الخلفية والقشرة الذوقية. والعكس صحيح أيضًا، أي إذا فعّلنا المنطقة المذكورة أعلاه في المهاد من خلال استهداف حاسة التذوق بإشعاع ضوئي مغناطيسي أو ألياف بصرية داخلية، فسنكون قادرين على إدراك وفهم مختلف المذاقات بشكل كامل في حاسة التذوق لدينا، حتى لو لم نأكل أو نتذوق أي طعام.
نهاية المقال//
◉ فيديو إنشاء حاسة تذوق اصطناعية في الدماغ دون تذوق الطعام / التصنيف: اختراعات بواسطة علي بورأحمد
◉ صانع الرسوم المتحركة لهذا الفيديو: علي بورأحمد
◉ ملحن الموسيقى لهذا الفيديو: علي بورأحمد
◉ الراوي: علي بورأحمد
◉ اللغة: الانجليزية
◉ الترجمة: لا يوجد
◉ الاختراعات العلمية لعلي پورأحمد
◉ أفلام الخيال العلمي لعلي پورأحمد
◉ جوائز علي پور أحمد
◉ لوحات للفنان علي پورأحمد
◉ موسيقى علي بورأحمد الآلية
إعلان
